Создание систем BESS в соответствии с изменяющимися требованиями мирового рынка.
Крупные инсталляторы систем energy storage должны ориентироваться в широком спектре технологий и различных рыночных подходах при строительстве и объединении различных энергетических систем. Энди Колторп рассказывает о опыте Powin Energy и Sungrow в инженерных проблемах, возникающих при создании масштабных систем Bess.
В предыдущих статьях велись дискуссии с четырьмя ведущими компаниями разработчиками проектов солнечных электростанций и систем накопления энергии, базирующимися в Северной Америке, о том, что нужно для реализации проектов, об их опыте в этой области — и какие технологии делают возможными их усилия. На этот раз мы поговорили с двумя системными инсталляторами/производителями, которые поставляют в этот сегмент рынка системы накопления энергии, а также проекты на других ключевых рынках, включая Великобританию, материковую Европу и Австралию. Дэнни Лу (Danny Lu), вице-президент компании Powin Energy со штаб-квартирой в Орегоне, США, и доктор Чжуан Цай (Zhuang Cai), директор по исследованиям и разработкам компании Hefei, компании Sungrow со штаб-квартирой в Китае, поделились своими соображениями о том, что значит строить системы хранения энергии на литий-ионных батареях в больших масштабах.
Компания Powin Energy — производитель и крупнейший инсталлятор исключительно аккумуляторных систем хранения энергии (BESS), отказавшийся от своей роли разработчика в 2017 году, а компания Sungrow будет более известна читателям как одна из крупнейших компаний в мире производитель инверторного оборудования.
«Sungrow занимается силовой электроникой более 20 лет. Ее президент (Can Renxian) был профессором университета и видел большой потенциал для возобновляемых источников энергии», — говорит Цай.
На сегодняшний день компания Sungrow поставила на мировой рынок более 100 ГВт фотоэлектрических инверторов. С момента первого объявления о создании совместного предприятия (JV) с южнокорейским производителем аккумуляторов Samsung SDI по созданию и поставкам систем energy storage в Китае с объемом инвестиций около 20 миллионов долларов США, компания JV по системам хранения энергии быстро ускорила свою деятельность. По выходу компании JV на мировой уровень, его инвестиции составят 170 млн долларов США. По данным Sungrow, компания JV уже установила более 900 систем Bess различного масштаба и назначения.
По словам Цая, опыт компании в области солнечной энергетики сыграл важную роль в переходе на системы energy storage.
«С технической точки зрения, мы использовали ту же самую платформу: мы начали с фотоэлектрических инверторов, [BESS], мы сосредоточились на технологии преобразования энергии (PCS). » Таким образом, поскольку PCS является двунаправленным, накопитель энергии может быть буфером энергии. Это не генератор, это также не потребление нагрузки: он может играть разные роли в разных решениях. По этой причине мы достигаем многих применений, таких как частотное регулирование, ценовой арбитраж, компенсация пиковых нагрузок и гибридные режимы СЕС плюс система BESS», — говорит Цай.
Оборудование PCS разрабатывалось на той же платформе, что и инверторы», — говорит Цай, при этом работа над проектами в солнечной энергетике и обеспечила сильный уровень понимания того, как перейти от «инверторной к преобразовательной технологии». Самая большая разница, конечно, заключается в том, что солнечные инверторы преобразуют только в одном направлении из постоянного тока в переменный, тогда как системы BESS энергии работают в двух направлениях, потребляя энергию из сети, а также выдавая накопленную энергию. Хотя эта «очень специфическая характеристика» позволяет системам energy storage выполнять различные роли в обеспечении гибкости электросети, реализуют новые и более сложные инженерные задачи.
«Различные приложения также будут иметь разные стратегии управления, поэтому мы должны разработать стратегию диспетчеризации в области солнечных электростанций , а также в части систем хранения энергии, чтобы объединить обе эти задачи вместе для реализации более различных функций».
Что касается Powin Energy, то ее работы в солнечной энергетике и партнерские отношения с известными международными компаниями помогли компании занять лидирующие позиции в области систем хранения энергии. Ранее Powin Corporation, Powin начала свои исследования и разработки в области крупномасштабных систем хранения энергии в 2011 году, а затем получила чистые инвестиции от владельцев фотоэлектрической компании Suntech, Shun Feng Clean Energy (SFCE) в 2013 и 2014 годах.
«SFCE действительно был своего рода инвестором серии A, — говорит вице-президент Powin Energy Дэнни Лу. «Они были одними из наших первых стратегических акционеров, и они предоставили нам капитал для роста, оборотный капитал в то время, когда мы пытались завершить исследования и разработки нашей системы управления батареями (BMS). Таким образом, мы действительно использовали эти средства для коммерциализации нашего продукта и доведения его до уровня, когда мы могли бы реализовывать проекты коммунального масштаба ».
После этого Powin выиграл проект на ранней стадии, после того как печально известная утечка газа в каньоне Алисо в 2015 году в Калифорнии привела к ускоренному заключению контрактов на системы накопления энергии, чтобы помочь коммунальному предприятию Southern California Edison удовлетворить потребности в мощности. По словам Дэнни Лу, финансирование SFCE означало, что Powin Energy смогла обеспечить безопасность и построить в Ирвине (штат Калифорния) свой объект мощностью 2 МВт/9 МВт-ч, удостоенный награды.
Несмотря на то, что это был не самый крупный проект среди этих наград, Лу говорит, что весь срок реализации проекта «Ирвайн», от начала разработки до инсталяции его, составил около шести месяцев. На сегодняшний день компания Powin Energy поставила или установила около 250 МВт/ч систем BESS и, по прогнозам, к 2021 году превысит 1 ГВт/ч установок и поставок, согласно прогнозам, сделанным в начале этого года.
Партнерство и адаптация технологий
Налаживание международных партнерских отношений остается ключевым элементом стратегии Powin. Несмотря на то, что SFCE сохраняет долю, она отошла на второй план, и Лу говорит, что Powin также имеет соглашение с GCL, согласованное в ноябре 2019 года, о расширении охвата продаж на рынках коммунальных услуг Юго-Восточной Азии, Южной Кореи и Австралии.
Существует также связь Powin Energy с одним из крупнейших мировых производителей литий-ионных аккумуляторов Contemporary Amperex Technology Limited (CATL). Powin и CATL заключили генеральное соглашение о поставке 1,85 ГВт на три года. Лу говорит, что это дало Powin как фиксированные цены на АКБ ячейки, так и гарантированную поставку ячеек АКБ до 2022 года.
Частично это связано с разработкой компанией CATL аккумуляторных ячеек на 280 ампер-час специально для стационарных систем хранения энергии, в то время как другие выбрали технологии химического на основе литий-фосфатных АКБ. Много было написано о преимуществах и недостатках технологии лития-железо фосфата (LFP) по сравнению с никель-марганцево-кобальтом (NMC) для использования в системах хранения энергии.
Хотя существует мнение, что технология LFP «безопаснее», чем NMC, имея более высокую устойчивость к тепловому разгону, Sungrow-Samsung SDI, тем не менее, использует аккумуляторные элементы Samsung SDI, которые прошли строгую сертификацию испытаний UL9540 для безопасной установки стационарных системах хранения энергии. Фактически, корейский производитель был первым в отрасли, кто прошел это испытание. По словам руководителя отдела исследований и разработок, Sungrow «уже очень много вложила» в технологии обеспечения безопасности работы систем energy storage.
«Например, у нас есть сумматор постоянного тока между батареями, а также PCS инвертор BESS системы . Итак, внутри сумматора у нас есть автоматические выключатели и предохранители на случай короткого замыкания », — говорит Цай, добавляя, что «другие степени защиты были разработаны в конструкции «для систем Sungrow-Samsung SDI, которые также прошли тесты UL9540.
«Мы должны проверить полное сопротивление заземления в различных точках оборудования, а также спроектировать управление температурным режимом работы оборудования. Кроме того, мы разрабатываем собственное программное обеспечение: например, если у вас произошел сбой связи, это не имеет значения, потому что мы можем автоматически снизить номинальную мощность PCS, чтобы избежать зарядки и разрядки с очень высокой скоростью и тем самым избежать так называемого теплового разгона АКБ ».
Что касается стратегии, Цай говорит, что компания может гибко работать с батареями разного химического состава и в прошлом также выполняла проекты с использованием свинцово-кислотных и проточных окислительно-восстановительных батарей. По словам Цая, и LFP, и NMC, вероятно, займут большую долю рынка систем хранения энергии в будущем.
Sungrow недавно работал с Samsung SDI и CATL в качестве поставщиков ячеек АКБ в одном из своих «ключевых» проектов системной интеграции BESS: проектом Minety мощностью 100 МВт в Великобритании, который разделен на две площадки по 50 МВт в непосредственной близости друг от друга. Проект был запущен в конце 2019 года и может быть ен еще на 50 МВт. По словам Цая, такие проекты очень сложны. Работа над ним потребовала взаимодействия с несколькими заинтересованными сторонами, включая оператора передачи National Grid и оператора распределения сетей Eclipse Power Networks, в который инвестировали China Huaneng Group и китайский государственный фонд CNIC.